一种基于九索驱动并联机构的FAST新型馈源舱

技术领域

本发明属于精调机构技术领域，尤其是涉及一种基于九索驱动并联机构的FAST新型馈源舱。

背景技术

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radioTelescope，FAST)是全球最大的单口径射电天文望远镜，具有三项自主创新：利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址；主动变形反射面；基于两级并联机器人的轻型馈源支撑方案。

现在的FAST馈源支撑系统方案如下：采用六索组成的索并联机器人牵引30吨的馈源舱，馈源舱内有一个AB两轴转向机构(实现±18°转角)和六杆Stewart并联机器人，共同实现馈源在140m以上的高空，207m范围内的高精度定位，其定位精度达10mm。

上述AB转轴机构和Stewart并联机器人占用了大约10.5吨的重量。受限于馈源舱30吨的安全阈值，现有馈源舱内无法同时安装多套新型的馈源接收机设备，并且现有AB转轴机构也难以响应更大的观测天顶角。本发明涉及馈源舱内馈源平台位姿调整补偿机构的升级改造，通过本发明实现FAST观测角度的大幅提升、降低馈源舱机构重量实现提高馈源舱有效载荷的能力，为望远镜的性能提升提供技术支撑。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于九索驱动并联机构的FAST新型馈源舱，其代替现有二次精调机构(AB转轴机构和六杆Stewart并联机器人)功能的FAST新型馈源舱，除满足原有馈源平台位姿的二次精调要求以外，还可以将俯仰角调整范围从±18°提升至±37°以上。更重要的是，本发明还实现了舱内二次精调机构的轻量化，从而在不超过30吨舱重约束条件下显著提高了馈源舱的有效载荷，满足同时安装多套馈源接收机的要求。此外，本发明通过柔性索驱动对刚性驱动机构的替换，大大简化了对未来馈源平台及其附属设备的安装/拆卸和维护工作，提高了FAST的易维护性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于九索驱动并联机构的FAST新型馈源舱，其包括：星形框架、若干套上拉索机构、若干套下拉索机构、馈源平台机构以及若干个馈源接收机；其中，

所述上拉索机构的固定端固定安装在所述星形框架的内圈上部，上拉索机构的活动端与所述馈源平台机构中的馈源平台连接；所述下拉索机构的固定端固定安装在星形框架的内圈下部，下拉索机构的活动端与所述馈源平台机构中的上连接板连接；通过上、下拉索机构中钢丝绳的收放实现对馈源平台俯仰角度的调节；所述馈源接收机安装在馈源平台机构上。

进一步，所述FAST新型馈源舱包括6套上拉索机构和3套下拉索机构；6套上拉索机构中的卷扬机构在所述星形框架内两两对称分布，每3套相对于星形框架的中心线均匀分布，6套卷扬机构的卷筒中心所在平面为基平台上平面；上拉索机构中的6套虎克铰两两趋近且对称分布，6套虎克铰的中心所在平面为馈源平台下平面；3套下拉索机构分别安装在6套上拉索机构两两趋近对称分布的两套上拉索机构的对称中心位置，下拉索机构中的3套锚固座的转轴中心所确定的平面为下拉索机构的馈源平台上平面；下拉索机构中的3套下卷扬机构的卷筒中心所确定的平面为下拉索机构的基平台下平面。

进一步，所述上拉索机构包括上底座、上卷扬机构、上钢丝绳、索节、虎克铰、回转支撑及连接螺栓；所述上底座通过连接螺栓固定连接在支撑板上，所述支撑板与所述星形框架的球节点、竖管焊接为一体；所述索节与所述上钢丝绳通过合金浇铸固定连接在一起，索节同时与所述虎克铰通过螺栓固定连接，虎克铰与所述回转支撑的内圈通过连接螺栓固连，回转支撑的外圈通过连接螺栓与所述馈源平台上的连接座固连；上钢丝绳的一端缠绕在上卷扬机构的卷筒上，在卷筒的一端将上钢丝绳锚固在卷筒上，上钢丝绳为下出绳结构布局，通过电机驱动卷筒正转、反转以控制上钢丝绳的长短；上拉索机构通过索节、虎克铰及回转支撑与馈源平台连接，适应上钢丝绳在工作时角度的变化。

进一步，所述下拉索机构包括下底座、下卷扬机构、下钢丝绳、开式索节、销轴、十字滑块、锚固座、转动座、转轴、转动垫块、螺母、开口销及垫圈；所述下底座固连在所述星形框架的内部下边缘处；所述下钢丝绳与所述开式索节通过合金浇铸固连在一起，下钢丝绳为上出绳结构布局；所述转动垫块、转动座通过所述转轴、垫圈、螺母与所述上连接板连接，转动垫块安装在转动座和上连接板之间，在转动座绕转轴转动时起到支撑和减小摩擦力的作用；所述锚固座与转动座固连，所述十字滑块通过所述销轴与锚固座连接；所述开式索节通过销轴与十字滑块的下方孔连接；销轴的轴末端处安装所述垫圈和所述开口销，以确保销轴连接可靠。

进一步，所述馈源平台机构包括馈源平台、上连接板、连接结构、1#接收机、2#接收机、3#接收机、4#接收机、5#接收机以及连接座；通过所述连接结构将所述馈源平台与所述上连接板固定刚性连接；上连接板为所述下拉索机构的馈源平台上平面的承载体。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明用9套拉索机构，实现对馈源平台的并联驱动，代替现有馈源舱的二次精调机构(AB转环机构和Stewart刚性并联机构)，以解决现有二次精调机构存在的姿态角调整范围小和馈源舱有效载荷小等技术问题，可以将二次精调机构总重量从10.5吨降低到6吨。其中3套下拉索并联机构与星形框架和馈源平台上连接板连接，增加馈源平台的抗干扰力空间和力矩空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的FAST馈源舱的整体结构示意图；

图2为本发明提供的FAST馈源舱的馈源平台9索驱动示意图；

图3为本发明提供的FAST馈源舱的馈源平台俯视图；

图4为本发明提供的FAST馈源舱的馈源平台结构剖视图；

图5为本发明提供的FAST馈源舱上拉索机构示意图；

图6为本发明提供的FAST馈源舱下拉索机构示意图；

图7为本发明提供的FAST馈源舱下拉索机构局部剖视图；

图标：

1—星形框架；2—上拉索机构；3—馈源平台机构；4—下拉索机构；5—馈源平台；6—上连接板；7—连接结构；8—1#接收机；9—2#接收机；10—3#接收机；11—4#接收机；12—5#接收机；13—连接座；14—连接螺栓；15—回转支撑；16—虎克铰；17—索节；18—上钢丝绳；19—上卷扬机构；20—上底座；21—支撑板；22—下底座；23—下卷扬机构；24—下钢丝绳；25—开式索节；26—销轴；27—十字滑块；28—锚固座；29—转动座；30—转轴；31—转动垫块；32—垫圈；33—螺母；34—开口销；35—垫圈；36—基平台上平面；37—馈源平台下平面；38—基平台下平面；39—馈源平台上平面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1-7所示，本实施例提供一种基于九索驱动并联机构的FAST新型馈源舱，其包括：星形框架1、若干套上拉索机构2、若干套下拉索机构4、馈源平台机构3以及若干个馈源接收机；其中，

上拉索机构2的固定端固定安装在所述星形框架1的内圈上部，上拉索机构2的活动端与馈源平台机构3中的馈源平台5连接；下拉索机构4的固定端固定安装在星形框架1的内圈下部，下拉索机构4的活动端与馈源平台机构3中的上连接板6连接；通过上、下拉索机构中钢丝绳的收放实现对馈源平台5俯仰角度的调节；馈源接收机安装在馈源平台机构上。

在该实施例中，FAST新型馈源舱包括6套上拉索机构2和3套下拉索机构4；6套上拉索机构中的卷扬机构在星形框架1内两两对称分布，每3套相对于星形框架1的中心线均匀分布，6套卷扬机构的卷筒中心所在平面为基平台上平面36；上拉索机构2中的6套虎克铰16两两趋近且对称分布，6套虎克铰16的中心所在平面为馈源平台下平面37；3套下拉索机构4分别安装在6套上拉索机构2两两趋近对称分布的两套上拉索机构2的对称中心位置，下拉索机构4中的3套锚固座28的转轴中心所确定的平面为下拉索机构的馈源平台上平面39；下拉索机构4中的3套下卷扬机构23的卷筒中心所确定的平面为下拉索机构的基平台下平面38。

在该实施例中，上拉索机构2包括上底座20、上卷扬机构19、上钢丝绳18、索节17、虎克铰16、回转支撑15及连接螺栓14；上底座20通过连接螺栓14固定连接在支撑板21上，支撑板21与星形框架1的球节点、竖管焊接为一体；索节17与上钢丝绳18通过合金浇铸固定连接在一起，索节17同时与虎克铰16通过螺栓固定连接，虎克铰16与回转支撑15的内圈通过连接螺栓14固连，回转支撑15的外圈通过连接螺栓14与馈源平台5上的连接座13固连；上钢丝绳18的一端缠绕在上卷扬机构19的卷筒上，在卷筒的一端将上钢丝绳18锚固在卷筒上，上钢丝绳18为下出绳结构布局，通过电机驱动卷筒正转、反转以控制上钢丝绳18的长短；上拉索机构2通过索节17、虎克铰16及回转支撑15与馈源平台5连接，适应上钢丝绳18在工作时角度的变化。

在该实施例中，下拉索机构4包括下底座22、下卷扬机构23、下钢丝绳24、开式索节25、销轴26、十字滑块27、锚固座28、转动座29、转轴30、转动垫块31、垫圈32、螺母33、开口销34及垫圈35；下底座22固连在星形框架1的内部下边缘处；下钢丝绳24与开式索节25通过合金浇铸固连在一起；考虑内部空间的干涉因素，下钢丝绳24为上出绳结构布局；转动垫块31、转动座29通过转轴30、垫圈32、螺母33与上连接板6连接，转动垫块31安装在转动座29和上连接板6之间，在转动座29绕转轴30转动时起到支撑和减小摩擦力的作用；锚固座28与转动座29固连，十字滑块27通过销轴26与锚固座28连接；开式索节25通过销轴26与十字滑块27的下方孔连接；销轴26的轴末端处安装垫圈35和开口销34，以确保销轴连接可靠。

在该实施例中，馈源平台机构3包括馈源平台5、上连接板6、连接结构7、1#接收机8、2#接收机9、3#接收机10、4#接收机11、5#接收机12以及连接座13；通过连接结构7将馈源平台5与上连接板6固定刚性连接；上连接板6为下拉索机构4的馈源平台上平面39的承载体。在馈源平台机构3上同时安装5套接收机，根据FAST观测需要可以任意切换，节省了拆卸更换不同的接收机的所花费的时间。

综上，本发明涉及一种采用九索驱动并联机构实现馈源平台位姿精调的新型馈源舱，是对现有馈源舱进行升级改造，该九索驱动并联机构馈源舱由星形框架、6套上拉索机构、3套下拉索机构、馈源平台、多套馈源接收机等组成。与现在的馈源舱相比，取消了AB转轴机构的A环及驱动机构、B环(Stewart上平台)及驱动机构、Stewart六腿，仅保留了馈源平台(Stewart馈源平台)。馈源平台扩展为包含上下两个连接板的圆台形框架结构，其中下连接板安装馈源接收机，其外缘同时还分布有6根上拉索的虎克铰，上连接板外缘分布有3根下拉索的虎克铰。9套拉索机构卷筒均固连于星形框架，可称为基平台，其中与上拉索对应的6套卷筒位置偏上(基平台上平面)，与下拉索对应的3套卷筒位置偏下(基平台下平面)。该机构通过6根上拉索的收放实现馈源平台的俯仰角度变化(通过轨迹规划实现馈源角度补偿，也可称为角度控制)。6套虎克铰的中心所在平面设为馈源平台下平面；3套下拉索机构的虎克铰中心在上连接板中均布安装，其中心确定的平面为馈源平台上平面。3套下拉索并联机构的作用主要是增加馈源平台的抗干扰能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。